C 语言流水输入输出

C语言流水输入输出是标准库中基于缓冲区的顺序读写机制，通过标准I/O函数（如printf/scanf）实现数据的高效流动。本文将系统讲解其原理、函数使用及实际应用。

核心概念

流水输入输出（Stream I/O）是C语言中处理数据的抽象模型，将输入/输出设备（如键盘、屏幕、文件）视为连续的数据流（Stream）。其特点包括：

• 缓冲机制：减少直接访问硬件次数，提升效率
• 顺序访问：数据按写入/读取顺序处理
• 设备无关性：统一接口处理不同设备

流类型

标准流类型

流	文件指针	默认设备
标准输入	stdin	键盘
标准输出	stdout	屏幕
标准错误	stderr	屏幕

基础函数

格式化输出（printf）

#include <stdio.h>
int main() {
    int count = printf("PI: %.2f\n", 3.14159);  // 格式化输出
    printf("Printed %d characters\n", count);   // 返回输出字符数
    return 0;
}

输出：

PI: 3.14
Printed 8 characters

格式化输入（scanf）

#include <stdio.h>
int main() {
    int age;
    printf("Enter your age: ");
    scanf("%d", &age);  // 注意取地址符&
    printf("You are %d years old\n", age);
    return 0;
}

交互示例：

Enter your age: 25
You are 25 years old

缓冲机制详解

缓冲类型：

• 全缓冲：文件操作常用，缓冲区满时刷新
• 行缓冲：终端I/O常用，遇到换行符刷新
• 无缓冲：stderr默认使用

手动刷新缓冲区：

fflush(stdout);  // 立即输出缓冲区内容

高级应用

文件流操作

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *fp = fopen("data.txt", "w+");
    if(fp) {
        fprintf(fp, "Write to file\n");  // 文件格式化输出
        rewind(fp);  // 重置文件指针
        
        char buffer[100];
        fscanf(fp, "%s", buffer);       // 文件格式化输入
        printf("Read: %s\n", buffer);
        fclose(fp);
    }
    return 0;
}

错误处理模式

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
int main() {
    FILE *fp = fopen("nonexistent.txt", "r");
    if(fp == NULL) {
        perror("Error opening file");  // 自动附加错误描述
        printf("Error code: %d\n", errno);
    }
    return 0;
}

典型输出：

Error opening file: No such file or directory
Error code: 2

数学公式示例

当处理科学计算输出时，可能需要格式化数学公式： 解析失败 (语法错误): {\displaystyle printf("Euler's formula: e^{iπ} + 1 = %d\n", 0); }

性能优化建议

• 减少频繁小数据量I/O操作
• 对于大量数据，考虑使用块读写（fread/fwrite）
• 错误检查应包含所有I/O操作返回值

常见问题

char name[20];
scanf("%19s", name);  // 保留1字节给终止符

总结

流水I/O是C程序与外界交互的核心机制，理解其缓冲特性和正确使用错误处理方法是成为成熟C程序员的关键。通过本文的示例和解释，读者应能掌握：

• 标准I/O函数的使用场景
• 缓冲区的运作原理
• 健壮I/O程序的编写方法